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隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治

時間:2007-04-24  來源:  瀏覽:8855次
施工中必須采取合理的工程技術措施,控制和減少混凝土中裂縫的數量和寬度…據有關統計,施工不規范造成的混凝土裂縫占%左右,材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占%左右,設計不當引起的裂縫可能占%…隨著建筑市場的規范,這些問題會逐步得到解決…本文分析了混凝土裂縫產生的原因,提出了緩解裂縫產生的措施,并介紹了幾種常見的裂縫治理方法…
隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治摘要:在山嶺隧道施工中,二次襯砌混凝土裂縫成為帶有一定普遍性的質量問題。文章針對混凝土裂縫產生的原因,提出裂縫的預防和治理方法,對提高混凝土襯砌施工水平有借鑒意義。

關鍵詞:隧道施工混凝土裂縫原因分析防治

隨著國民經濟的發展,山嶺地區新建公(鐵)路越來越多,隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺車、泵送混凝土施工工藝,但混凝土硬化過程中產生的裂縫不僅影響了美觀,還給工程質量留下了隱患。施工中必須采取合理的工程技術措施,控制和減少混凝土中裂縫的數量和寬度。本文分析了混凝土裂縫產生的原因,提出了緩解裂縫產生的措施,并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。

1.裂縫的類型

隧道襯砌混凝土裂縫類型主要有:干縮裂縫、溫度裂縫、外荷載作用產生的變形裂縫、施工縫處理不當引起的接茬縫等。

1.1干縮裂縫

混凝土在硬化過程中水分逐漸蒸發散失,使水泥石中的凝結膠體干燥收縮產生變形,由于受到圍巖和模板的約束,變形產生應力,當應力值超過混凝土的抗拉強度時,就會出現干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性的,走向沒有規律。影響混凝土干縮裂縫的因素主要有:水泥品種、用量及水灰比,骨料的大小和級配,外加劑品種和摻量。

1.2溫度裂縫

水泥水化過程中產生大量的熱量,在混凝土內部和表面間形成溫度梯度而產生應力,當溫度應力超過混凝土內外的約束力時,就會產生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬,夏季較窄。溫度裂縫的產生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關。

1.3荷載變形裂縫

仰拱和邊墻基礎的虛碴未清理干凈,混凝土澆筑后,基底產生不均勻沉降;模板臺車或堵頭板沒有固定牢固,以及過早脫模,或脫模時混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產生變形裂縫。荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土病害中占有的比例逐年增大,已經引起了廣大工程技術人員的重視。

1.4施工縫(接茬縫)

施工過程中由于停電、機械故障等原因迫使混凝土澆筑中斷時間超過混凝土的初凝時間,繼續澆筑混凝土時,原有的混凝土基礎表面沒有進行鑿毛處理,或者鑿毛后沒有用水沖洗干凈,也沒有鋪水泥砂漿墊層,就在原混凝土表面澆筑混凝土,致使新舊混凝土接茬間出現裂縫。

2.裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的原因非常復雜,往往是多種不利因素綜合作用的結果。據有關統計,施工不規范造成的混凝土裂縫占80%左右,材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占15%左右,設計不當引起的裂縫可能占5%。

2.1設計粗糙,建設、監理單位工作隨意性大

由于多方面的原因,勘察設計單位無法深入地開展地質勘探工作,隧道圍巖類別評價及支護結構設計缺乏科學依據,帶有一定的盲目性。個別建設單位限于自身管理和專業技術水平的欠缺,任意變更原設計。少數工程由業主的內部人員組成監理機構,監理工作失去了獨立性。隨著建筑市場的規范,這些問題會逐步得到解決。

2.2施工工藝或現場操作不規范

a.隧道開挖成型差,襯砌混凝土厚度嚴重不均勻;欠挖或初期支護侵入襯砌限界,造成襯砌混凝土厚度不足。個別隧道襯砌混凝土背后存在脫空現象。

b.未開展監控量測工作,僅憑經驗來確定二次襯砌的施作時間,安全可靠性差,造成二次襯砌超設計荷載承受圍巖壓力。

c.混凝土生產時原材料計量誤差大,尤其外加劑的摻加隨意性大,沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。在混凝土運輸及泵送過程中加水的現象也比較普遍。

d.采用整體式鋼模板臺車施工,混凝土澆筑時不振搗或漏振,混凝土均質性差。

e.盲目追求施工進度,隨意提前脫模時間,使低強度混凝土過量承受荷載,破壞了混凝土結構。脫模后沒有進行混凝土的潮濕養護。

f.夏季施工時砂、石料露天堆放,無切實有效的降溫措施,混凝土入模溫度高。冬期施工時采取的防寒保溫措施不力。

2.3原材料質量差、配合比設計不合理

水泥品種選擇不當,安定性不良,不同批次的水泥混用。碎石、砂級配差,含泥量超標,碎石中石粉含量大,針、片狀物過多,影響了水泥與骨料的膠結。

進行配合比設計時,忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響,錯誤認為水泥用量越多,混凝土強度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業技術人員的指導,往往達不到預期的效果。

3.混凝土裂縫的治理

混凝土作為多組材料組成的脆性材料,裂縫的存在是客觀的。作為施工單位應加強襯砌混凝土的施工管理,避免或減少混凝土裂縫的產生。對于出現的裂縫,應認真分析原因,分清是有害裂縫還是無害裂縫,并對有害裂縫進行處理,防止裂縫繼續發展,影響襯砌結構的穩定。

3.1細微裂縫

隧道襯砌混凝土表面常出現一些沒有擴展性的細微裂縫,這種裂縫是穩定的,一般可自愈,不會影響結構的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷環氧樹脂漿液二至三遍,最后用刮抹料、調色料處理混凝土表面,使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。

環氧樹脂漿液配比,環氧樹脂:501稀釋劑:二甲苯:乙二胺=1:0.2:0.35:0.08。刮抹料配比,水泥:細砂:水=1:2:0.35。調色料配比,水泥:白水泥:107膠=5;3:1。施工時應經試驗確定。

3.2貫通性裂縫

貫通性裂縫的危害較大,必須采取有效的治理方法。沿裂縫方向鑿成寬5cm、深3cm的V形槽,在槽內騎縫每隔0.5m鉆一孔,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,并不得穿透襯砌以防跑漿。用清水沖洗干凈槽內的雜物及粉塵,在孔內插入¢10的壓漿管,利用環氧樹脂水泥砂漿錨固,用灰刀將砂漿壓實抹光。環氧樹脂砂漿配比,環氧樹脂:水泥:細砂:乙二胺:二丁酯=1:1.6:3.2:0.1:0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。待環氧樹脂砂漿有一定的強度后,以0.15MPa~0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環氧樹脂漿液。壓漿結束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調色料處理。

3.3密集裂縫

襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足引起的密集裂縫,必須進行防水和地層加固處理。沿裂縫兩側每隔1.2m~1.5m交錯布點,鑿成10cm×10cm大小深5cm的方槽,用風動鑿巖機鉆孔,孔深3m,安裝WDT25中空注漿錨桿,注入水泥砂漿,灰砂比1:(3~5),水灰比1:1,施工時由下往上逐級注漿,注漿壓力以0.4MPa~0.6MPa為宜。注漿結束后,另鑿新孔在0.6MPa~1.0MPa壓力下壓入純水泥漿檢查注漿效果,當達到規定壓力而砂漿壓不進時,即認為已經注滿。注漿24h后安裝錨桿墊板,用環氧樹脂砂漿抹平方槽,表面用刮抹料和調色料處理。

4.預防或緩解混凝土裂縫的措施

4.1提高設計精度

加強工程前期地質工作,為設計提供詳盡的工程地質、水文地質勘探資料,提高設計的質量。

4.2把好材料進場關,嚴格控制原材料的質量和技術標準。

4.2.1水泥

施工現場多使用普通硅酸鹽水泥,但應盡量減少單位水泥用量。不同品牌、不同規格、不同批次的水泥不能混用。

4.2.2碎石

根據泵送管路的內徑,盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴格控制含泥量≤1%,針、片狀物含量≤15%,粒徑以5~31.5mm為宜,最大不超過40mm。

4.2.3砂

采用級配良好的中砂,細度模數應為3.0~2.3,粒徑小于0.315mm的顆粒含量所占比例宜為15~20%,嚴格控制含泥量在3%以內。為方便混凝土的運輸、泵送和澆筑,砂率取35%~45%。

4.2.4水

最好選用飲用水。當采用其他水源時,應按國家現行《砼拌合用水標準》(JGJ63)的規定進行檢驗,PH值應大于4。水灰比越大,混凝土的干燥收縮越大。嚴格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。施工中水灰比在0.45~0.55之間,混凝土入泵塌落度控制在(12±2)cm。

4.2.5摻合料

推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術,等量替代水泥,以減少水泥用量。對強度等級C25以下的混凝土,粉煤灰摻量一般為水泥用量的10%~15%,膨脹劑摻量為水泥用量的8%~12%,具體摻量需經試驗確定。

a.粉煤灰比表面積小,需水量低,不僅能有效降低混凝土的干燥收縮值,還可以改善混凝土的流動性、粘聚性和保水性。在水泥中摻入原狀或磨細粉煤灰后,可以降低混凝土中水泥的水化熱,推遲水化熱峰值的出現,減少絕熱條件下的溫升,有利于控制溫度裂縫的產生。粉煤灰的摻加在水工大體積混凝土施工中應用比較廣泛,由于認識、技術上的原因,目前在山嶺隧道施工中應用較少。

b.摻加適量的膨脹劑可以補償混凝土的收縮,增加密實度,提高混凝土防滲抗裂能力。

4.2.6外加劑

高效減水劑能夠有效減少拌合用水,降低水化熱,延緩水化熱釋放速度,從而減少溫度裂縫,但摻量過多,會引起混凝土的腫脹和開裂。施工時必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。

4.3嚴格混凝土施工工藝

a.提高鉆眼技術水平,優化鉆爆參數,提高光面爆破效果,加強隧道開挖斷面檢測,嚴格控制超欠挖,為襯砌施工創造良好的條件。

b.二次襯砌施作時間,應在圍巖和初期支護變形基本穩定時進行。當圍巖變形較大、流變特性明顯,需提前進行二次襯砌時,必須對初期支護或襯砌結構進行加強。

c.混凝土的拌合

①嚴格按施工配料單計量,定期檢查校正計量裝置。加強砂石料含水率檢測,及時調整拌合用水量。

②控制混凝土的入模溫度。夏季施工時,當氣溫高于32℃時,砂石料、攪拌機應搭設遮陽棚,用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。

d.混凝土的灌注

①混凝土在運輸和泵送過程中嚴禁加水。

②適當放慢灌注速度,兩側邊墻對稱分層灌注,到墻、拱交界處停1h~1.5h,待邊墻混凝土下沉穩定后,再灌注拱部混凝土。

③混凝土灌注過程中必須振搗,提高混凝土的密實度和均質性,減少內部微裂縫和氣孔,提高抗裂性。

e.混凝土的脫模、養護

①混凝土拆模時的強度必須符合設計或規范要求,嚴禁未經試驗人員同意提前脫模,脫模時不得損傷混凝土。

②傳統的混凝土灑水養護方法,增加了隧道內的文明施工難度,灑水也不均勻,使混凝土早期強度得不到保證。建議使用噴涂混凝土養護液的方法進行養護。

(中鐵隧道集團一處楊書江)

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